專利名稱：基于pid控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理溫度控制方法及裝置，尤其是一種自聚焦透鏡制造過程中玻璃絲離子交換溫度的控制方法及裝置，具體地說是一種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，自聚焦透鏡是徑向變折射率透鏡，具有直徑小(可以小于1mm)、焦距短(焦點(diǎn)可位于端面上)、數(shù)值孔徑大(可大于O. 6)、成像分辨率高(可大于3001p/mm)、出射光斑小(可小于1微米)、消像差性能好、對(duì)入射光信息具有很好的準(zhǔn)直、會(huì)聚、擴(kuò)束能力，在光纖通訊、傳感、光信息處理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，批量生產(chǎn)的工藝控制一直是一個(gè)比較困難的問題。雖然西南大學(xué)劉德森教授就自聚焦透鏡的批量生產(chǎn)申請(qǐng)了專利，但是在離子交換控制的方法和裝置在實(shí)際使用中有一定的偏差，尤其控制溫度的精度要求高時(shí)，必須提高控制的算法和實(shí)驗(yàn)裝置的自動(dòng)化。目前主要采用中斷實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行采樣測(cè)試的方法來控制自聚焦透鏡的折射系數(shù)分布的方法。但是由于離子交換氣氛本身的環(huán)境問題，自聚焦透鏡生產(chǎn)過程對(duì)設(shè)備自動(dòng)化要求越來越高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)自聚焦透鏡生產(chǎn)過程中溫度控制難度大和自動(dòng)化水平不高的問題，發(fā)明一種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法及裝置。通過合理設(shè)計(jì)控制參數(shù)，提高離子交換設(shè)備溫度控制的自動(dòng)化和準(zhǔn)確性，離子交換后產(chǎn)品的折射系數(shù)變化滿足理論設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的合格率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法，其特征是它用人工智能中的模式識(shí)別和專家系統(tǒng)中的推理判斷來整定PID控制參數(shù)；專家系統(tǒng)首先將人工整定的經(jīng)驗(yàn)和技巧歸納為一系列整定規(guī)則，再對(duì)實(shí)時(shí)采集的被控系統(tǒng)信息進(jìn)行分析判斷，然后自動(dòng)選擇某個(gè)整定規(guī)則，并將被控對(duì)象的響應(yīng)曲線與控制目標(biāo)曲線比較，反復(fù)調(diào)整比較，直到滿足控制目標(biāo)為止；同時(shí)在常規(guī)PID控制回路的基礎(chǔ)上增加知識(shí)庫和推理機(jī)，知識(shí)庫提供整定規(guī)則，推理機(jī)進(jìn)行整定決策；在實(shí)際控制中采用自適應(yīng)模糊PID控制器對(duì)爐溫進(jìn)行控制，以誤差e和誤差變化ec作為自適應(yīng)模糊PID控制器的輸入，以滿足不同時(shí)刻的e和ec及對(duì)PID參數(shù)自整定的要求，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，PID參數(shù)模糊自整定是找出PD三個(gè)參數(shù)e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。 —種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制裝置，其特征是它主要由安裝在熱處理爐中的熱電偶1、調(diào)整放大電路2、數(shù)據(jù)采集卡3， 7、安裝有PID控制軟件的計(jì)算機(jī)4、光電隔離電路5和可控硅調(diào)功控溫電路6組成，熱電偶1的輸出與調(diào)理放大電路2的輸
4入端相連，調(diào)理放大電路2的輸出與數(shù)據(jù)采集卡3的數(shù)據(jù)輸入端相連，數(shù)據(jù)采集卡3、7安裝在計(jì)算機(jī)4中，計(jì)算機(jī)4根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡3采集到的數(shù)量在PID控制軟件的控制下返回控制信號(hào)給數(shù)據(jù)采集卡7發(fā)出控制指令，數(shù)據(jù)采集卡7通過光電隔離電路5驅(qū)動(dòng)可控硅調(diào)功控溫電路6動(dòng)作實(shí)現(xiàn)溫度的升降。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明有利于在批量制作自聚焦透鏡的過程中控制中提高離子交換爐溫度的均勻性，以控制離子交換氣氛，從而達(dá)到控制離子交換后玻璃絲相對(duì)梯度折射率的誤差，提高自聚焦透鏡的產(chǎn)率的一致性。 本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，通過融合了方法特點(diǎn)的軟件能很方便地進(jìn)行爐溫的控制。 本發(fā)明的自聚焦透鏡離子交換的溫度實(shí)驗(yàn)控制曲線如圖4。實(shí)驗(yàn)折射率分布如圖5，圖6。 經(jīng)過本發(fā)明控制的熱處理爐處理后，自聚焦透鏡的折射率分布得到了明顯的改善，與理想折射率分布已非常接近。主要原因是T1+和K+在退火過程中發(fā)生擴(kuò)散，優(yōu)化了折射率，使折射率分布更接近理想分布。


圖1是本發(fā)明的專家參數(shù)整定方法示意圖。 圖2是本發(fā)明的自適應(yīng)控制示意圖。 圖3是本發(fā)明的溫度控制硬件框圖。 圖4是利用本發(fā)明的方法和裝置制造的自聚焦透鏡離子交換的溫度實(shí)驗(yàn)控制曲線。 圖5是利用本發(fā)明的方法和裝置制造自聚焦透鏡的折射率分布圖之一。 圖6是利用本發(fā)明的方法和裝置制造自聚焦透鏡的折射率分布圖之二。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖l-6所示。 —種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法，其特征是它用人工智能中的模式識(shí)別和專家系統(tǒng)中的推理判斷來整定PID控制參數(shù)；專家系統(tǒng)首先將人工整定的經(jīng)驗(yàn)和技巧歸納為一系列整定規(guī)則，再對(duì)實(shí)時(shí)采集的被控系統(tǒng)信息進(jìn)行分析判斷，然后自動(dòng)選擇某個(gè)整定規(guī)則，并將被控對(duì)象的響應(yīng)曲線與控制目標(biāo)曲線比較，反復(fù)調(diào)整比較，直到滿足控制目標(biāo)為止；同時(shí)在常規(guī)PID控制回路的基礎(chǔ)上增加知識(shí)庫和推理機(jī)，知識(shí)庫提供整定規(guī)則，推理機(jī)進(jìn)行整定決策；在實(shí)際控制中采用自適應(yīng)模糊PID控制器對(duì)爐溫進(jìn)行控制，以誤差e和誤差變化ec作為自適應(yīng)模糊PID控制器的輸入，以滿足不同時(shí)刻的e和ec及對(duì)PD參數(shù)自整定的要求，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，PID參數(shù)模糊自整定是找出PD三個(gè)參數(shù)e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。如圖1、2所示。
離子交換工藝是自聚焦透鏡生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工藝。通過離子交換，實(shí)現(xiàn)玻璃中被交換的離子(如Tl+離子)從玻璃向熔鹽中擴(kuò)散，熔鹽中的離子(如K+離子)從熔鹽向玻璃中擴(kuò)散，并在玻璃中取代了被交換的離子(如Tl+離子)。離子交換的結(jié)果，在玻璃介質(zhì)中，玻璃中的離子(如Tl+離子)從原先的均勻分布變成玻璃中心濃度最高，然后沿半徑按平方規(guī)律變小的分布。由于玻璃的折射率與Tl+離子濃度分布成線性關(guān)系，因此，在玻璃絲中出現(xiàn)折射率中心最高，然后按沿半徑按平方規(guī)律變小的分布。由于離子交換過程與溫度分布、時(shí)間和熔鹽中的T1+離子濃度有關(guān)，因此控制這些參量對(duì)于批量生產(chǎn)自聚焦透鏡工藝有重要的作用。 在溫度控制過程中，本發(fā)明提出一種基于PID控制的溫度控制方法，并研制相關(guān)的溫度控制裝置應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)過程中。 PID控制方法是一種常用的控制方法，但是在我們現(xiàn)有的了解和使用過程中，精密自適應(yīng)控制方法在自聚焦透鏡離子交換的過程中應(yīng)用極少。根據(jù)我們實(shí)際生產(chǎn)的需要，我們研制開發(fā)了一種基于PID控制的溫度控制方法，并研制相關(guān)的溫度控制裝置。
本發(fā)明的基于PID的溫度控制方法其基本思路是用人工智能中的模式識(shí)別和專家系統(tǒng)中的推理判斷等方法來整定PD控制參數(shù)，已取得工業(yè)應(yīng)用成果。所謂專家整定法就是模仿人工整定參數(shù)的推理決策過程，自動(dòng)整定PD控制參數(shù)。首先將人工整定的經(jīng)驗(yàn)和技巧歸納為一系列整定規(guī)則，再對(duì)實(shí)時(shí)采集的被控系統(tǒng)信息進(jìn)行分析判斷，然后自動(dòng)選擇某個(gè)整定規(guī)則，并將被控對(duì)象的響應(yīng)曲線與控制目標(biāo)曲線比較，反復(fù)調(diào)整比較，直到滿足控制目標(biāo)為止。專家整定法的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示，在常規(guī)PID控制回路的基礎(chǔ)上增加了知識(shí)庫和推理機(jī)，知識(shí)庫提供整定規(guī)則，推理機(jī)進(jìn)行整定決策。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們積累了大量的溫度控制的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)建立PID的控制的參數(shù)整定，提高控制的精度和產(chǎn)品的一致性。 自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時(shí)刻的溫度和實(shí)際溫度與理想溫度的誤差e對(duì)PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
PID參數(shù)模糊自整定是找出PID三個(gè)參數(shù)Kp， Ki， Kd和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性 響應(yīng)速度 超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮，Kp， Ki， Kd的作用如下 1、比例系數(shù)Kp，的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Kp，越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Kp，取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。 2.積分作用系數(shù)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。權(quán)越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快.但Ki過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若Ki過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 3.微分作用系數(shù)Kd的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但Kd過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制
6動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 PID參數(shù)的整定必須考慮到在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān) 系。模糊自整定PID是在PID算法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差。和誤差變化率ec，利 用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。 根據(jù)參數(shù)Kp，Ki，Kd對(duì)系統(tǒng)輸出特性的影響情況，再結(jié)合調(diào)試過程中的經(jīng)驗(yàn)，可歸 納出系統(tǒng)在被控過程中對(duì)于不同的偏差和偏差變化率，參數(shù)Kp， Ki， Kd的自整定原則。
(1)當(dāng)偏差|e|較大時(shí)，系統(tǒng)處于響應(yīng)階段，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并防止因 開始時(shí)偏差|e|的瞬間變大可能引起的微分過飽和而使控制作用超出許可范圍，應(yīng)取較大 的Kp。另外為防止積分飽和，Ki值要小，同時(shí)為了防止微分飽和，避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的 超調(diào)，應(yīng)去掉微分作用，即Kd = 0。 (2)若e*ec > 0，說明誤差在向絕對(duì)值增大的方向變化。當(dāng)偏差| e |和偏差變化 率|ec|為中等大小時(shí)，系統(tǒng)處于跟隨階段，為了使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量減小，Kp，Ki，Kd都不 能太大，需要取較小的Kp值，Ki， Kd的值大小要適中，以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。若偏差I(lǐng) e 較大，則應(yīng)實(shí)施較強(qiáng)的控制，以改變誤差的變化趨勢(shì)，并迅速減小誤差絕對(duì)值，可取較大的 Kp值，同時(shí)可取較小的Ki和中等的Kd值，以提高動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。若偏差|e|較小， 可實(shí)施一般控制，以改變誤差的變化趨勢(shì)，可取中等的Kp值，同時(shí)取較大的Ki和較小的Kd 值，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，避免產(chǎn)生振蕩。 (3)若e*ec < O，說明誤差在向絕對(duì)值減小的方向變化。若誤差|e|較大，則應(yīng)實(shí) 施一般的控制，迅速減小誤差絕對(duì)值，可取中等的Kp，同時(shí)可取較小的Ki和中等的Kd值， 以提高動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能若偏差|e|較小，為了使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增大Kp， Ki值，同時(shí)為了避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，適當(dāng)選取Kd值，通 常為中等大小。 在實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，通過設(shè)計(jì)PID的參數(shù)設(shè)計(jì)的模糊控制表，然后利用初步的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果仿真計(jì)算。同時(shí)結(jié)合自聚焦透鏡的離子交換的離散實(shí)驗(yàn)，尤其通過實(shí)驗(yàn)溫度控制中 斷檢測(cè)后測(cè)定的自聚焦透鏡棒的光學(xué)折射參數(shù)分布的測(cè)試結(jié)果，獲得溫度表與折射參數(shù)表 之間的專家控制數(shù)據(jù)庫。顯然模糊控制設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際 操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對(duì)Kp， Ki， Kd三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表。
與上述方法相配的基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制裝置，如圖3所 示，它主要由安裝在熱處理爐中的熱電偶1、調(diào)整放大電路2、數(shù)據(jù)采集卡3、7、安裝有PID控 制軟件的計(jì)算機(jī)4、光電隔離電路5和可控硅調(diào)功控溫電路6組成，熱電偶1的輸出與調(diào)理 放大電路2的輸入端相連，調(diào)理放大電路2的輸出與數(shù)據(jù)采集卡3的數(shù)據(jù)輸入端相連，數(shù)據(jù) 采集卡3、7安裝在計(jì)算機(jī)4中，計(jì)算機(jī)4根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡3采集到的數(shù)量在PID控制軟件 的控制下返回控制信號(hào)給數(shù)據(jù)采集卡7發(fā)出控制指令，數(shù)據(jù)采集卡7通過光電隔離電路5 驅(qū)動(dòng)可控硅調(diào)功控溫電路6動(dòng)作實(shí)現(xiàn)溫度的升降。 本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法，其特征是它用人工智能中的模式識(shí)別和專家系統(tǒng)中的推理判斷來整定PD控制參數(shù)；專家系統(tǒng)首先將人工整定的經(jīng)驗(yàn)和技巧歸納為一系列整定規(guī)則，再對(duì)實(shí)時(shí)采集的被控系統(tǒng)信息進(jìn)行分析判斷，然后自動(dòng)選擇某個(gè)整定規(guī)則，并將被控對(duì)象的響應(yīng)曲線與控制目標(biāo)曲線比較，反復(fù)調(diào)整比較，直到滿足控制目標(biāo)為止；同時(shí)在常規(guī)PID控制回路的基礎(chǔ)上增加知識(shí)庫和推理機(jī)，知識(shí)庫提供整定規(guī)則，推理機(jī)進(jìn)行整定決策；在實(shí)際控制中采用自適應(yīng)模糊PID控制器對(duì)爐溫進(jìn)行控制，以誤差e和誤差變化ec作為自適應(yīng)模糊PID控制器的輸入，以滿足不同時(shí)刻的e和ec及對(duì)PD參數(shù)自整定的要求，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，PID參數(shù)模糊自整定是找出PD三個(gè)參數(shù)e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差e和誤差變化ec作為輸入，以滿足不同時(shí)刻的溫度和實(shí)際溫度與理想溫度的誤差e對(duì)PID參數(shù)自整定的要求，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的PID參數(shù)模糊自整定是找出PID三個(gè)參數(shù)Kp，Ki，Kd和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度來考慮Kp， Ki， Kd的選擇比例系數(shù)Kp的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Kp，越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，Kp，取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞；積分作用系數(shù)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，權(quán)越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快.但Ki過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)，若Ki過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度；微分作用系數(shù)Kd的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)，但Kd過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能；PID參數(shù)的整定必須考慮到在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系，模糊自整定PID是在PID算法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差，和誤差變化率ec，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；根據(jù)參數(shù)Kp，Ki，Kd對(duì)系統(tǒng)輸出特性的影響情況，再結(jié)合調(diào)試過程中的經(jīng)驗(yàn)，可歸納出系統(tǒng)在被控過程中對(duì)于不同的偏差和偏差變化率，參數(shù)Kp， Ki， Kd的自整定原則為(1) 當(dāng)偏差|e|較大時(shí)，系統(tǒng)處于響應(yīng)階段，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并防止因開始時(shí)偏差|e|的瞬間變大可能引起的微分過飽和而使控制作用超出許可范圍，應(yīng)取較大的Kp ;另外為防止積分飽和，Ki值要小，同時(shí)為了防止微分飽和，避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)去掉微分作用，即Kd = 0;(2) 若e*ec > 0，說明誤差在向絕對(duì)值增大的方向變化，當(dāng)偏差I(lǐng) e I和偏差變化率I ec為中等大小時(shí)，系統(tǒng)處于跟隨階段，為了使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量減小，Kp， Ki， Kd都不能太大，需要取較小的Kp值，Ki， Kd的值大小要適中，以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，若偏差|e|較大，則應(yīng)實(shí)施較強(qiáng)的控制，以改變誤差的變化趨勢(shì)，并迅速減小誤差絕對(duì)值，可取較大的Kp值，同時(shí)可取較小的Ki和中等的Kd值，以提高動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能；若偏差|e|較小，可實(shí)施一般控制，以改變誤差的變化趨勢(shì)，可取中等的Kp值，同時(shí)取較大的Ki和較小的Kd值，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，避免產(chǎn)生振蕩；(3)若e*ec < O，說明誤差在向絕對(duì)值減小的方向變化；若誤差|e|較大，則應(yīng)實(shí)施一般的控制，迅速減小誤差絕對(duì)值，可取中等的Kp，同時(shí)可取較小的Ki和中等的Kd值，以提高動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能若偏差|e|較小，為了使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增大Kp， Ki值，同時(shí)為了避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，適當(dāng)選取Kd值，通常為中等大小。
4. 一種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制裝置，其特征是它主要由安裝在熱處理爐中的熱電偶(1)、調(diào)整放大電路(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3，7)、安裝有PID控制軟件的計(jì)算機(jī)(4)、光電隔離電路(5)和可控硅調(diào)功控溫電路(6)組成，熱電偶(1)的輸出與調(diào)理放大電路(2)的輸入端相連，調(diào)理放大電路(2)的輸出與數(shù)據(jù)采集卡(3)的數(shù)據(jù)輸入端相連，數(shù)據(jù)采集卡(3，7)安裝在計(jì)算機(jī)(4)中，計(jì)算機(jī)(4)根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡(3)采集到的數(shù)量在PID控制軟件的控制下返回控制信號(hào)給數(shù)據(jù)采集卡(7)發(fā)出控制指令，數(shù)據(jù)采集卡(7)通過光電隔離電路(5)驅(qū)動(dòng)可控硅調(diào)功控溫電路(6)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)溫度的升降。
全文摘要
一種基于PID控制的自聚焦透鏡離子交換溫度控制方法及系統(tǒng)，方法的特征是它用人工智能中的模式識(shí)別和專家系統(tǒng)中的推理判斷來整定PD控制參數(shù)；專家系統(tǒng)首先將人工整定的經(jīng)驗(yàn)和技巧歸納為一系列整定規(guī)則，再對(duì)實(shí)時(shí)采集的被控系統(tǒng)信息進(jìn)行分析判斷，然后自動(dòng)選擇某個(gè)整定規(guī)則，并將被控對(duì)象的響應(yīng)曲線與控制目標(biāo)曲線比較，反復(fù)調(diào)整比較，直到滿足控制目標(biāo)為止；所述的系統(tǒng)主要由安裝在熱處理爐中的熱電偶(1)、調(diào)整放大電路(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3，7)、安裝有PID控制軟件的計(jì)算機(jī)(4)、光電隔離電路(5)和可控硅調(diào)功控溫電路(6)組成。本發(fā)明具有溫度控制精度高，可降低對(duì)設(shè)備自動(dòng)化水平的要求，有利于降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G05D23/19GK101710245SQ20091023262
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者劉尊亮, 劉德森, 朱紀(jì)軍 申請(qǐng)人:徐州雷奧醫(yī)療設(shè)備有限公司